히드라에서 암세포의 전염과 유전에 대한 연구

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De novo evolution of transmissible tumours in hydra

히드라에서 전염성 종양의 새로운 진화

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사진출처) 성숙한 히드라 Choksawatdikorn/Science Photo Library/Getty Images

 

원시생물 히드라(Hydra)는 해양 및 담수에서 서식하는 몸길이 5~10mm의 작은 해파리 같은 생물입니다. 히드라는 먹이를 과도하게 먹으면 종양이 생길 수 있으며, 이는 복제 자손에게 유전될 수 있다고 합니다.

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히드라의 기괴한 현상에 대한 연구는 종양의 발생 과정에 대한 세부 사항을 밝힐 뿐만 아니라 일반적으로 전염이나 유전에 대한 암세포의 과정을 이해할 수 있다고 합니다.

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암세포, 즉 종양은 다세포 생명체에게는 피할 수 없는 위험이지만, 다행히도 다른 개체에 전염되는 암의 사례는 거의 없습니다. 다만 전염되는 암에 대한 사례는 호주에서 서식하는 태즈메이니아데블에서 발생하는 두 가지 사례, 개에 발생하는 또 다른 사례, 이매패류에서 관찰된 11가지사례 등 입니다.

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물론, 암이 어떻게 전염되고 유전되는지, 즉 인류에게 암이 전파되는 것을 피하기 위해, 그리고 태즈메이니아데블의 멸종의 원인으로 알려진 안면 종양 질환의 전염성 같은 다른 개체에게 전염되는 것으로 부터 보호하기 위해 암이 어떻게 발생하는지 이해하고자 합니다.

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실제로 1990년대 태즈메이니아데블은 23~25만 마리 였던 개체수가 최근 2만여 마리로 크게 줄어든 원인이 안면 종양 때문으로 서로의 얼굴을 물어뜯으며 싸우는 습성 때문에 빠르게 번진다고 합니다.

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전염성 암에 대한 사례가 잘 알려져 있었기 때문에 프랑스 국립과학연구센터(CNRS)의 진화 생태학자 소피 티소(Sophie Tissot) 팀은 전염성 암과 유전적인 암의 기원을 추적하기 위해 다른 접근 방식을 선택했습니다.

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약 15년 전 토마스 보쉬 독일 키엘대 교수팀의 실험에서 히드라가 과다한 먹이를 먹고 자연적으로 종양이 발생했었던 사례에서 아이디어를 얻었습니다.

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여러가지 부분에서 '불멸의 생명체'로 여겨지는 히드라 올리고악티스(이하, 히드라)는 무성 생식을 통해 작은 새싹을 형성하여 스스로를 복제하고, 이 새싹이 떨어져 나와 물리적으로 분리되지만 유전적으로 동일한 생물로 성장합니다.

 

사진출처) 싹트는 히드라 Ken Koll/iNaturalist

 

이는 실험실 조건에서 종양을 형성하는 성향과 함께 암 발생의 유전학을 연구할 수 있는 잠재력을 보여줍니다. 티소 팀은 이 모델이 전염성 암이 잘 발생하지 않는 진화를 이해하는 데 유용한지 확인하였습니다.

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“일부 균주에서 수직적으로 유전되는 자발적인 종양 발생을 보이는 히드라를 통하여 이 연구는 전염성 종양의 진화에 대한 최초의 실험적 관찰을 제시합니다."라고 저자들은 논문에 썼습니다.

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“따라서 이 연구는 유전적인 암의 발생 조건과 숙주에 대한 단기적 결과를 이해하는 데 처음으로 기여했습니다.”

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연구진은 프랑스 몬토 호수에서 50마리의 히드라를 채집하여 실험실에서 생활할 수 있도록 준비했습니다.

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연구진은 종양 발생률과 발아를 높이고 종양 전염 가능성을 높이기 위해 일부 폴립에 일주일에 5회씩 소금물 새우 유충을 과도하게 먹여 이전 독일 키엘대 연구팀에서 종양 발생을 촉진한 조건을 모방했습니다.

 

사진출처) 종양 없음 (a), 종양 있음 (b) / Proceedings of the Royal Society B 논문 중에서

 

두 달 후 종양으로 부풀어 오른 과다 먹이를 먹은 히드라 중 19마리를 선별하여 동일한 환경에서 새싹을 채취하여 성장시켰습니다. 연구진은 이 과정을 통해 종양을 형성하는 클론 새싹을 5세대에 걸쳐 관찰하고, 종양이 없는 또래로부터 다음 세대를 낳을 새싹을 선택했습니다.

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연구진은 종양이 각 세대에서 자연적으로 발생하는 것이 아니라 부모로부터 유전되는지 확인하기 위해 암이 없는 히드라의 후손을 조사했습니다. 모든 히드라가 유전적으로 동일했음에도 불구하고 종양이 있는 부모의 히드라는 종양이 없는 부모의 히드라보다 종양이 발생할 확률이 4배 더 높았습니다.

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이 모든 과정을 통해 연구진은 히드라에서 실제로 전염이나 유전으로 종양이 유발될 수 있으며 시간이 지남에 따라 유전으로 인한 전파가 증가할 수 있음을 확인했습니다.

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또한 전염성 종양을 가진 5세대 히드라는 종양이 없는 히드라에 비해 생활사적 특성의 변화를 보이기 시작했다는 사실도 발견했습니다. 종양이 발생하기 전에 무성 생식 노력에 대한 투자가 증가했으며, 종양이 발생한 후에는 싹이 트는 속도가 느려졌습니다.

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이는 종양 발생 후 새싹 히드라의 사망률이 더 높았던 또 다른 변화와도 밀접한 관련이 있는 것으로 보입니다.

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티소 교수 팀은 “이러한 변화는 생존 가능성이 높고 종양이 없을 때 더 많은 새싹을 생산하여 종양의 비율을 상쇄하기 위해 숙주의 생활사적 특성을 조정하는 것을 알게 되었다고 합니다.”라고 설명합니다.

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그들은 적어도 이 연구에서는 종양 세포의 전염성이 문제가 되지 않는 것처럼 보였기 때문에 전염성 암의 희소성은 암세포 확산에 적합한 환경 조건이 부족하기 때문일 수 있다고 합니다.

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이것이 사실이라면, “인간 활동에 의해 교란된 생태계를 연구할 때 이러한 측면을 고려하는 것이 중요하며, 이는 잠재적으로 전염성 암이 확산되는 유리한 조건을 제거할 수 있기 때문”이라고 연구진은 결론을 내렸습니다.

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상세한 내용은 아래의 왕립학회 회보 B(Proceedings of the Royal Society B) 논문에 게재되었습니다.

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※ 기사 내용 참조

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[Nature] This Immortal Creature Can Create a Form of Cancer That's Contagious | ByJess Cockerill | 23 September 2024 | https://www.sciencealert.com/this-immortal-creature-can-create-a-form-of-cancer-thats-contagious

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[Proceedings of the Royal Society B] De novo evolution of transmissible tumours in hydra | https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2024.1636

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